ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.

В отличие от других планет Солнечной системы (в том числе и так называемого земного типа: на Венере воды мало, и она находится в газообразном состоянии; на Марсе воды тоже мало, и она сконцентрирована в полярных шапках и вечной мерзлоте) только на Земле образовался и развился океан. Несмотря на непосредственную связь возникновения океана с происхождением Земли, планет и Солнечной системы, его развитие имеет вполне земную историю. Не все в этой истории ясно науке до сих пор. Продолжаются споры по поводу механизма и продолжительности времени образования колоссальных масс воды, сравнительно недавно отказались от предположения о большей древности пород океанического дна, чем пород материков, отсутствуют точные оценки влияния жизни в океане на его солевой состав и геологические процессы. Но познание океана продолжается и приносит постоянно все новые и новые истины, иногда и отрицающие старые.

Изучение истории образования и развития океана имеет большое практическое значение. Воспроизведение физико-химических условий в океане за прошедшие сотни миллионов лет помогает понять эволюцию жизни и способствует успехам в направленном воздействии на нее. Выявление основных черт древней циркуляции океанических вод, температуры и солености позволяет прогнозировать условия образования месторождений полезных ископаемых и способствует успехам в их разведке.

Какой была Земля в самом начале своего существования - этого в точности никто не знает. Расположение материков (да и их количество) с тех пор изменялось несколько раз, и какие материки были на Земле изначально и где они располагались - можно только предполагать. Но достоверно известно, что суша изначально была безжизненной, и жизнь могла зародиться только в воде. А вода, скорее всего, покрывала большую часть поверхности Земли. И вода эта была горячей, фактически - кипящей, потому что под тонкой (на дне океана) земной корой находилась расплавленная магма. Недаром русский ученый А. И. Опарин, занимавшийся в 20-х годах XX века проблемой происхождения жизни на Земле, назвал тот океан «первичным бульоном».

На сегодня существует множество гипотез образования Мирового океана. Самые распространенные гипотезы, которые дают представление об истории океанических бассейнов, связаны с гипотезами (сжимающейся Земли, расширяющейся Земли, дрейфа континентов, конвективных течений в мантии) и в какой-то мере с объединяющей результаты всех их - гипотезой тектоники плит.

Согласно гипотезе сжатия, самой распространенной, Земля возникла из вращающейся раскаленной газовой туманности, которая, постепенно охлаждаясь и сжимаясь, достигла огненно-жидкого состояния, а затем на ней образовалась кора. Состояние земной коры определяется силами напряжения и деформации, вызванными охлаждением и сжатием внутренней массы Земли.

По другой теории, выдвинутой в начале нашего века американскими учеными Т.Ч. Чемберленом и Ф.Р. Мултоном, Земля первоначально представляла собой массу газа, извергнутого под действием приливных сил из поверхности Солнца. Одновременно высвобождались мелкие частицы газа, которые, быстро сгущаясь, превращались в твердые тела, называемые планетезималями. Обладая большой силой тяжести, земная масса притягивала их. Таким образом, Земля достигла современных размеров благодаря процессу наращения, а не в результате сжатия, как утверждает первая гипотеза.

Оригинальна гипотеза происхождения материков и океанов, связанная с именем австрийского геолога Альфреда Лотара Вегенера. Ученый считал, что в какой-то момент истории Земли равномерный слой сиаля скопился на одной стороне. Так возник материк Пангея. Вегенер высказал предположение, что эта масса сиаля держалась на поверхности более плотного слоя симы. Когда сиаль стал распадаться на части, горизонтальное движение материков вызвало изгибание передних краев сиаля. Этим можно объяснить происхождение таких высоких прибрежных горных цепей, как Анды и Скалистые горы.

Почти все гипотезы сходятся на том, что образование океанических бассейнов было вызвано двумя главными причинами: во-первых, перераспределением пород различной плотности, происходившим в период отвердевания земной коры, и, во-вторых, взаимодействием сил в недрах сжимающейся Земли, которое вызвало революционные изменения в рельефе поверхности.

Среди вопросов о происхождении океана важное значение имеет вопрос о первичности океанов, т. е. об их образовании одновременно с земной корой в процессе появления и формирования планеты или же вторичности океанов, - т. е. образования их в результате перестройки ранее создавшейся поверхности Земли. Мнения ученых о продолжительности времени образования планет сильно разошлись. Некоторые считают, что период образования длился около 0,6 млн. лет. У других эта цифра возрастает до 100 млн. лет. Но и большая из этих цифр не объясняет «избыточного» по сравнению с гипотезой разового образования Земли количества в верхних ее оболочках азота, углерода, хлора, серы, а главное, воды. Отсюда возникает предположение о пополнении океана водой в течение нескольких миллиардов лет, т. е. о так называемой дегазации мантии. Процесс дегазации состоит в том, что при движении из глубин Земли вода отделялась от других элементов в связи с изменением условий температуры и давления и конденсировалась на поверхности, образуя вместе с растворенными в ней соединениями океанический раствор.

Считается, что основная масса гидросферы образовалась примерно 600 млн. лет назад, а 250 млн. лет назад объем океана составлял более 90 % современного. Эти соображения позволяют сделать сразу два вывода. Океан в его современном виде достаточно молод, примерно в 16 раз моложе Земли, но вода - «тело океана», по выражению академика В. Г. Богорова, - имеет возраст, равный возрасту континентов.

Гипотеза тектоники плит и результаты глубоководного бурения дна океанов свидетельствуют о молодости древнейших коренных пород и отложений на его дне, возраст которых, вероятно, не превышает 200 млн. лет, что много меньше возраста пород континентов, превышающего 3,7 млрд. лет. Таким образом, вода оказалась гораздо древнее вмещающих ее пород.

Хотя происхождение океанических бассейнов остается пока тайной, картину того, как они заполнялись водой и как появлялись и исчезали океаны в геологическом прошлом Земли, можно представить себе более или менее точно. После образования земной коры, ее поверхность начала быстро охлаждаться, так как тепло, получаемое ею из недр Земли, недостаточно компенсировало потерю тепла, излучаемого в пространство. По мере охлаждения водяные пары, окружавшие Землю, образовали облачный покров. Когда температура упала до уровня, при котором влага превратилась в воду, пролились первые дожди. Дожди, веками низвергавшиеся на поверхность Земли, были главным источником воды, которая заполнила океанические впадины. Море, таким образом, было детищем атмосферы, в свою очередь представлявшей собой газообразные выделения древней Земли. Часть воды поступала из недр Земли.

Солевой состав воды претерпевал эволюцию вместе с океаном и Землей. Свидетельством общности океанских вод и глубинных вод мантии является примерно одинаковое содержание в них девяти главных ионов: натрия, калия, магния, кальция, хлора, брома, оксида серы, гидрооксида и оксида углерода. Отличие состоит в меньшем содержании в морской воде азота и углерода.

Откуда в океан попали соли? Ученые предполагают, что в период образования земной коры и океана из вещества мантии вместе с парами воды выделялись кислые вулканические дымы, содержавшие соединения хлора, брома, фтора. Первые «порции» воды на поверхности Земли были кислыми. Эта первичная вода разрушала и выщелачивала недавно образовавшиеся базальты, граниты и другие кристаллические породы земной коры и извлекала из них щелочные элементы - натрий, калий, кальций, магний и др. Щелочные элементы входили в соединения с хлором и бромом и нейтрализовали раствор. С течением времени поступление кислых вулканических дымов уменьшилось, а выщелачивание пород суши продолжалось. Таким образом океанская вода постепенно накапливала соли и приобретала слегка щелочную реакцию, которая присуща ей и в настоящее время. Газы, не растворившиеся в воде, поступали в атмосферу. В первоначальной атмосфере Земли почти не было кислорода. Он возникал лишь в ничтожных количествах в верхних слоях атмосферы, где под действием ультрафиолетовых лучей водяные пары разлагаются на водород и кислород.

Переворот в химии океана и атмосферы произошел более 3 млрд. лет назад, когда в результате сложных процессов в морской воде образовались первые органические молекулы и возникла растительная жизнь. Благодаря этому в океане и в атмосфере появился свободный кислород, который выделялся все в большем и большем количестве в процессе фотосинтеза. Так создались необходимые условия для появления и развития животных организмов. При окислении соединений азота, выделявшихся из недр Земли, появился свободный азот. Как и кислород, он вошел в состав атмосферы и частично растворился в воде. Окисление первичных соединений углерода привело к образованию свободной углекислоты.

Примерно к началу палеозоя (500 млн. лет назад) океанская вода по солевому составу и содержанию в ней газов уже почти не отличалась от современной. Хлориды (соли соляной кислоты) составляют в ней сейчас 88,7 % всей солености, сульфаты (соли серной кислоты) - 10,8 %, карбонаты (соли угольной кислоты) - 0,3 % и остальные соли - 0,2%. Общее количество солей в Мировом океане достигает 5 10 1 6 т. Содержатся в морской воде и некоторые непостоянно растворенные вещества, количество их невелико, но роль их огромна. Это прежде всего биогенные элементы: соли фосфора, азота, соединения кремния и кальция; затем так называемые микроэлементы, растворенные в океанской воде в очень малых или совсем ничтожных количествах. Всего в океанской воде пока обнаружено 70 химических элементов, но, вероятно, присутствуют все известные на нашей планете.

Очертания морей, а вместе с ними и контуры океанов постоянно менялись. В результате эрозии и движения земной коры создавались новые моря, а дно старых поднималось и превращалось в сушу.

По мере того как из-за постепенной потери тепла расплавленные недра Земли уменьшались в объеме, происходило горизонтальное сжатие коры, которая деформировалась. Возникали складчатые горные цепи, оседания коры. В результате повторяющихся циклов сжатия и ослабления очертания больших океанических бассейнов претерпевали значительные изменения.

Тайна образования жизни на Земле пока не разгадана, но ясно, что жизнь - порождение океана. Вероятно, еще в первичном океане накопилась основная масса органических соединений, образовались исходные системы для возникновения жизни, возник обмен веществ с окружающей средой, что явилось необходимым -условием создания клетки и одноклеточных организмов. На следующем этапе возникли многоклеточные организмы, и еще в докембрии сформировались почти все высшие типы организмов. Иными словами, примерно 500 млн. лет назад жизнь на Земле была по разнообразию близка к современной. До половины всех существующих на Земле типов организмов встречаются только в море, а остальные и в море, и на суше.

М. Г. Деев ,
канд. геогр. наук, старший научный сотрудник кафедры океанологии Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Земля во многих отношениях уникальная планета, но, пожалуй, самое удивительное на ней - наличие большого количества жидкой воды. Водяной пар и лед можно найти на других планетах, в астероидах и метеоритах, но жидкая вода есть только на Земле. Особенность жидкой фазы воды заключается в том, что она может существовать лишь в очень узком диапазоне температур - от 0 до 100 °С, и такие температурные условия сохраняются продолжительное время только на Земле. Именно присутствие жидкой воды сделало возможным возникновение и развитие жизни на Земле в ее современных формах. Самым большим хранилищем воды является Мировой океан, который, как показывают данные палеогеографии, никогда полностью не замерзал и не испарялся.

Приведем определение этого интересного географического объекта, данное в одной из последних работ известного океанолога академика А.С. Монина: «Мировой океан - непрерывно распределенная по поверхности Земли (на площади, охватывающей около 71%) и ограниченная снизу и с боков причудливой формой рельефа дна и береговой линией континентов толща соленой воды с массой 1377·10 6 гигатонн, имеющая среднюю глубину около 3800 метров, с многочисленными разбросанными на ее поверхности островами, и разнообразной формой жизни в ее глубинах».

После первого знакомства с океаном вполне естественно возникает желание знать, когда и как он образовался, всегда ли был таким, каким мы его знаем сегодня, и как эволюционировал на протяжении истории Земли? Вопрос тем более интересен, что историю формирования и развития материков и всей нашей планеты можно понять только в том случае, если хорошо известна история возникновения и дальнейшей эволюции Мирового океана. Следует заметить, что история океана весьма сложна, во многом еще недостаточно изучена и пока не может быть истолкована однозначно. Поэтому далее будут приведены наиболее широко распространенные, но иногда требующие дополнительных подтверждений научные представления по интересующему нас предмету.

Прежде всего, зададимся вопросом о времени появления жидкой воды, о том, как быстро это произошло после образования самой планеты. В настоящее время считается, что образование Земли началось 4,6 млрд лет назад. Согласно некоторым гипотезам, промежуточной стадией формирования планет из межзвездной пыли и газов считается образование так называемых планетезималей - твердых и крупных (до нескольких сотен километров в поперечнике) тел, последующее скопление и объединение которых становится процессом аккреции уже непосредственно планеты. По геологическим меркам, Земля сформировалась очень быстро, примерно за первые сто миллионов лет своей истории достигнув 93-95% сегодняшней массы. Наиболее вероятно, что первоначально Земля не имела атмосферы и гидросферы, а ее поверхность непрерывно изменялась в результате интенсивной метеоритной бомбардировки.

Образование планеты сопровождалось сильным гравитационным сжатием и выделением столь большого количества тепла, что первые сотни миллионов лет у поверхности Земли существовал магматический океан, или расплавленная первичная астеносфера. Так как в расплаве (магме) находились вещества разные по составу и плотности, началась гравитационная дифференциация. При этом более плотные вещества (тяжелые металлы) погружались, образуя металлическое (железное) ядро планеты, а менее плотные (силикаты) всплывали, постепенно создавая мантию и литосферу. Дифференциация сопровождалась дегазацией мантийного вещест-ва, при которой легко кипящие фракции переходили в газообразное состояние и, выходя на поверхность, формировали первичную плотную и горячую атмосферу Земли. Наиболее вероятно, что вначале атмосфера состояла из углекислого газа (СО 2), аммиака (NH 3 ), возможно также сернистого водорода (H 2 S) и хлористого водорода (HCl), но главное, в ней появился водяной пар, количество которого постепенно увеличивалось и, по некоторым оценкам, могло достигать величины порядка 10 21 кг, что составляет около 70% массы современной гидросферы Земли.

Постепенное истощение источников внутреннего тепла Земли привело к остыванию и кристаллизации магмы с последующим образованием первичной твердой земной коры. Дальнейшее остывание верхних слоев планеты и понижение температуры ниже точки кипения неизбежно вызвало конденсацию водяного пара и тем самым появление жидкой фазы воды. Можно полагать, что озера первичной гидросферы на поверхности молодой планеты неоднократно испарялись и появлялись вновь, пока не установился температурный режим, в среднем повсеместно допускавший существование жидкой воды. Когда это могло произойти?

Самые древние (из известных сегодня) горные породы найдены в Западной Австралии, их возраст оценивается в 4,2-4,0 млрд лет. Большое внимание привлекли извлеченные из них зерна минерала циркона (химическая формула ZrSiO 4 , часто радиоактивен). Изотопный анализ древнейших цирконов показал повышенное содержание тяжелого изотопа кислорода 18 О, характерное для жидкой воды. Это служит косвенным доказательством того, что эти минералы образовались в присутствии жидкой воды. В тех же западноавстралийских цирконах оказалось аномальное содержание еще некоторых изотопов, свидетельствующее о земном (не метеоритном) происхождении минералов.

Помимо косвенных получены и прямые доказательства существования жидкой воды. В горных породах возрастом 3,9-3,8 млрд лет, найденных в юго-западном районе Гренландии, обнаружены железистые кварциты водного происхождения, что позволяет предположить существование жидкой воды в этом районе на 200-300 млн лет ранее указанного времени. Таким образом, гидросфера Земли начала формироваться не позднее 4 млрд лет тому назад при постепенном остывании поверхности планеты и конденсации водяного пара первичной атмосферы. Первые, еще весьма мелководные, моря будущего Мирового океана заполняли впадины застывшего рельефа, разрастались, сливались с соседними водными бассейнами.

Полагают, что первичная земная кора, которая выплавлялась из мантии, состояла из пород, близких по своему составу к базальтам. Во всяком случае, первичная кора имела основной или ультраосновной состав, то есть была идентичной современной земной коре океанического типа. Протоконтинентальная кора начала формироваться почти в то же время, но занимала значительно меньшие площади. Ее первые острова расчленяли неглубокий первичный океан на отдельные бассейны.

Собрано большое число подтверждений существования океана в ранние геологические эпохи. Одним из первых обоснованные предположения о возрасте и эволюции Мирового океана высказал в 1901 г.австрийский геолог Эдуард Зюсс. В основе его рассуждений лежала смелая гипотеза о том, что привычное расположение материков и океанов на поверхности Земли не было незыблемым и постоянным в геологическом прошлом. По заключению Зюсса, в позднем палеозое - раннем мезозое (порядка 350 млн лет тому назад) существовал мегаконтинент Гондвана, в котором слились фрагменты Африки, Индостана, Южной Америки, Австралии и Антарктиды. Спустя четырнадцать лет немецкий геофизик Альфред Вегенер, развивая гипотезу Зюсса, предложил теорию дрейфа континентов. Он считал, что Гондвана Зюсса была частью еще более крупного суперконтинента Пангеи, окруженного сплошным кольцом океанических вод. Постепенно появлялись данные о том, что Атлантический и Индийский океаны с геологической точки зрения молоды, а Тихий океан значительно более древний. Согласно палеомагнитным данным, древние океаны шириной до 3,5 тыс. км существовали в палеозое (400-500 млн лет тому назад), а еще более широкие, до 5 тыс. км, - в раннем протерозое (1,7-2,5 млрд лет тому назад).

Реликтами земной коры океанического типа считаются офиолиты - особый комплекс интрузивных, эффузивных и осадочных пород, широкое распространение которых в том или ином районе свидетельствует о существовании древнего океана. Найдены офиолиты раннепротерозойского и даже архейского (3-4 млрд лет) возраста.

Первоначально древние океаны были мелководными, но вместе с постепенным увеличением объема жидкой воды глубины возрастали - от 150-700 мв архее до 2900 м в среднем протерозое (1,2 млрд лет). Воды Мирового океана достигли объема близкого к современному приблизительно к началу кембрийского периода, около 570 млн лет назад, а в дальнейшем пополнялись в процессе продолжавшейся дегазации мантии во время вулканиче-ских извержений (в особенности подводного вулканизма) и перераспределялись между отдельными океанами.

Итак, первые бассейны, наполненные жидкой водой, появились на Земле не позднее 4 млрд лет тому назад. С тех пор температурные условия на поверхности Земли в среднем всегда находились в пределах существования жидкой воды, иными словами, океан никогда полностью не исчезал. Это важно отметить, так как далее предстоит разрешить любопытный парадокс. Дело в том, что на дне современных океанов нигде не найдено не только осадочных пород с возрастом более 170 млн лет, но и коренные породы океанического дна оказались с геологической точки зрения удивительно «молодыми».

Несоответствие между возрастом Мирового океана, соизмеримым с возрастом Земли, и молодостью океанического дна объясняется с позиций теории новой глобальной тектоники. Согласно ее положениям, земная кора не есть единая твердая и неизменная оболочка земного шара, а представляет собой своеобразную мозаику из нескольких жестких литосферных плит площадью в десятки миллионов квадратных километров, находящихся на плаву в вязкой астеносфере и непрерывно испытывающих вполне упорядоченные горизонтальные перемещения. Объясним кажущийся временной парадокс на примере Атлантического океана.

Через центральную часть океана с севера на юг простирается срединно-океанический хребет. В осевой части хребта располагается рифтовая долина, по которой проходит граница между соседними литосферными плитами: Американской - к западу от хребта, Африканской и Евразийской - к востоку. Рифтовая долина есть зона спрединга, или раздвижения, плит. Под ней происходит поднятие расплавленного мантийного вещества, формирование из него новых участков океанической коры и их перемещение в обе стороны от хребта. Скорость раздвижения литосферных плит составляет единицы сантиметров в год. По сторонам рифтовой долины расположены самые молодые участки океанического дна. С удалением от хребта возраст донных осадков постепенно увеличивается и достигает наибольших значений в прибрежных зонах океана. Достигнув берега, океаническая часть плиты «ныряет» под нависающий край континента, происходит ее поддвиг под соседнюю плиту и погружение в мантию. Таким образом, возраст океанического дна зависит от расстояния между рифтовой зоной (осью спрединга) и областью погружения (называемой зоной субдукции), а также от скорости горизонтального перемещения плит.

Механизм, приводящий в движение литосферные плиты, объясняется следующим образом. Конвекция, возбуждаемая внутренним теплом Земли, порождает в мантии конвективные ячейки. Под зонами спрединга находятся восходящие ветви, в зонах субдукции -нисходящие, в промежутке - горизонтальные ветви конвективных ячеек. Горизонтальные размеры ячеек соответствуют расстояниям между зонами спрединга и субдукции, вертикальные составляют в современную геологическую эпоху около 400 км.

Интересно, что базальты, кристаллизующиеся из расплава в рифтовой зоне, одновременно намагничиваются в магнитном поле Земли и впоследствии сохраняют свои магнитные свойства. Это позволяет, сравнивая магнитные характеристики образца базальта с соответствующими характеристиками современного магнитного поля, определять возраст разных участков океанического дна.

Считается, что тектоника литосферных плит начала действовать не позднее 3,5-3,0 млрд лет назад, но размеры плит были меньше, а число их больше. Современные черты динамики этот механизм приобрел в начале позднего протерозоя (около одного миллиарда лет назад). Теперь можно в общих чертах проследить, как менялись очертания океанов и континентов на поверхности Земли.

Первые структуры континентов возникли около 3 млрд лет назад. На рубеже архея и протерозоя (2,5 млрд лет тому назад) горизонтальные перемещения литосферных плит привели к сближению и постепенному слиянию древних материков, что привело к формированию первого суперконтинента Пангеи, окруженного единым океаном Панталассом. Названия даны по старой научной традиции использования грече-ского языка: пан - всеобщий, гео - земля, таласс - океан. Примерно через 300-500 млн лет Пангея раздробилась на обособленные континенты, между которыми возникли океанские бассейны. В дальнейшей истории Земли подобная компактная группировка материков в единый континент возникала, существовала и разрушалась трижды, с периодичностью около 800 млн лет. Последней была палеозойско-мезозойская Пангея, существование которой первым обосновал А. Вегенер. Интересно, что компоновка каждой Пангеи была сходна с «вегенеровской». Во всяком случае, многие факты говорят о том, что в перемещении литосферных плит прослеживается определенная упорядоченность. Таким образом, сегодняшняя конфигурация материков и океанов не есть нечто застывшее навсегда. Она меняется буквально на наших глазах, только эти изменения происходят очень медленно, со скоростями в среднем 4-6 см в год.

Рис. 1. Реконструкция суперконтинента Пангея, около 200 млн лет назад (по Я. Голонке, 2000 г.)

Геологический прогноз движений литосферных плит в ближайшие примерно 50 млн лет в главных чертах выглядит следующим образом. Атлантический океан станет шире, а площадь Тихого океана сократится. Австралия продвинется на север и подойдет ближе к Евразийской плите. Азия соединится с Северной Америкой в районе Алеутских островов. Красное море раздвинется - это зародыш будущего океана, полуостров Калифорния станет островом. Океаны Земли в ходе своей эволюции проходят последовательно этапы развития от узкого моря (Красное море сегодня) до размеров современного Тихого океана. Одновременно происходят сближения и расхождения материков, изменение их числа и пространственной ориентации.

Мировой океан это, прежде всего, морская вода, привлекающая к себе пристальное внимание океанологов. Одной из важнейших характеристик вод, наполняющих Мировой океан, является соленость. В практических целях соленость принято характеризовать концентрацией раствора, которую измеряют в промилле (‰), то есть в тысячных долях, и средняя соленость морской воды составляет около 35‰.

Под соленостью понимается выраженная в граммах масса всех твердых веществ, растворенных в 1000 г морской воды, когда карбонаты превращены в окислы, бром и йод замещены эквивалентным количеством хлора, а органические вещества сожжены при 480 °С. Кратко можно сказать, что соленость морской воды есть отношение массы растворенного твердого вещества к массе раствора.

Вода является одним из лучших растворителей, поэтому на Земле невозможно найти химически чистое вещество Н 2 О, все природные воды в той или иной степени минерализованы. Воды первичного океана также представляли собой раствор солей, по концентрации близкий к современной солености, но солевой состав раствора был отличен от настоящего. Ювенильный раствор, поступавший на поверхность Земли при дегазации мантии, на первых порах, по-видимому, полностью выпаривался, но с понижением температуры ниже точки кипения воды стал растворяться в воде первых земных морей. Одновременно в раствор переходили легко растворимые вещества первичной земной коры. Кроме того, в воде первых морей растворялись газы, содержавшиеся в первичной атмосфере: HCl, HF, HBr, B(OH) 3 и некоторые другие. Поэтому первое время существования океана его воды должны были проявлять кислую реакцию из-за присутствия в растворе сильных кислот.

В дальнейшем происходило приспособление солевого состава первичного океана к изменяющимся термическим и гидрохимическим условиям на поверхности Земли. В растворе оставались те элементы, для которых не нашлось достаточного количества сильных осадителей, например такие, как хлор и бром. Их процентное содержание в растворе почти не изменилось. Содержание других элементов, прежде всего углерода, сильно уменьшилось. Это свидетельствует о том, что в океане постоянно протекают процессы, выводящие углерод из раствора. Основная реакция этого типа - перевод углекислого газа в угольную кислоту с дальнейшим переходом в нерастворимый и потому выпадающий в осадок карбонат кальция. Этот процесс происходил всегда и протекает до сих пор. Сильные кислоты в океане архейского времени вступали в реакцию с сильными основаниями, что в результате привело к постепенной нейтрализации первично кислых вод.

Рис. 2. Литосферные плиты и скорости их перемещения в мм/год (по В.Е. Хаину, 2008 г.)

Существенные изменения в солевом составе океанских вод начались с возникновением и дальнейшим развитием жизни. С появлением биосферы начала проявляться реакция фотосинтеза, в ходе которой из морской воды выводятся, прежде всего, углерод и азот. В процессе фотосинтеза создается свободный кислород, что открыло возможность формирования современной азотно-кислородной атмосферы. В результате фотосинтеза из атмосферы почти полностью был извлечен углекислый газ, что способ-ствовало стабилизации карбонатной системы, возникновению скелетных организмов, а в дальнейшем - накоплению карбонатных осадочных толщ на дне океанов.

Эти и другие природные процессы постепенно видоизменяли солевой состав океанических вод, который стал преимущественно хлоридно-сульфатным и практически идентичным со-временному. В настоящее время морская вода представляет собой равновесный природный раствор, обладающий исключительно высокой химической инертностью, сохраняющий свой состав и концентрацию солей практически неизменными на протяжении, по меньшей мере, последней геологической эпохи.

Происхождение вод Мирового океана тесным образом связано с первыми этапами истории Земли. Еще совсем недавно представления о возникновении и первых этапах земной эволюции основывались главным образом на предположениях. Сегодня в науке о Земле умозрительные гипотезы уступили место теориям, основанным на фактических данных. Современные представления о происхождении Земли облечены в стройную систему доказательств, подтверждающих все основные стороны этой сложной проблемы.

Согласно одной из наиболее обоснованных теорий, выдвинутой академиком О. Шмидтом, Солнце и все планеты солнечной системы образовались из холодного, медленно вращавшегося газопылевого облака. Когда часть первичного газопылевого облака уплотнилась и образовала плотный земной шар, на нем еще не было водной оболочки. В момент формирования нашей планеты вода будущего океана находилась в связанном состоянии в виде гидроокислов.

О первом миллиарде лет существования Земли, который ученые называют катархеем, известно не очень много. Однако можно с уверенностью утверждать, что по крайней мере во второй половине катархея уже имела место активная вулканическая деятельность. В этот период недра нашей молодой планеты разогрелись в результате гравитационного сжатия и радиоактивного распада долгоживущих изотопов, которых тогда было в 4— 7 раз больше, чем теперь. Это привело к расплавлению верхней мантии планеты и вызвало мощные вулканические процессы.

Известно, что при извержении современных вулканов наряду с твердыми частями (пеплом, вулканическими бомбами) и жидкой горячей лавой в изобилии выделяются газы. Обычно над кратером «живого» вулкана даже в относительно спокойный период его деятельности поднимается облако. Эта характерная особенность отразилась в названии вулканических островов — Курильские; вершины их гор постоянно дымят, курятся. Газовые облака над вулканами на 75— 80 процентов состоят из паров воды, кроме того, в них имеются окись углерода, аммиак, метан, соединения серы, хлора и некоторые другие вещества. Большинство этих газообразных соединений поступает в атмосферу, а пары воды конденсируются и падают вниз в виде дождя.

Как только на Земле начали действовать вулканы, она окуталась облаками, у нее появилась оболочка из газов и дыма. Современные тонкие и очень точные методы анализа позволили установить состав первичной атмосферы, для чего были исследованы крошечные полости в древнейших кварцитах. Как показал анализ, маленькие пузырьки газа, пребывавшие в «законсервированном» состоянии 3,5—4 миллиарда лет, совершенно лишены свободного кислорода, но содержат двуокись углерода, сероводород, двуокись серы, аммиак, соляную и плавиковую кислоты, а также небольшое количество азота и инертных газов.

Если не считать отсутствия воды, то содержимое пузырьков, впаянных в древние кварциты, по химическому составу почти не отличается от современных вулканических газов. Но куда в таком случае делась вода? Объясняется это крайне просто. Вычисления показали, что к концу катархея температура на поверхности Земли в среднем равнялась 15 градусам тепла и водяные пары вулканических газов должны были немедленно превращаться в жидкую воду.

Когда история Земли вступила в следующую фазу и на смену катархею пришел архей (он также длился целый миллиард лет отдельные лужи и озера слились воедино и образовали первичный океан. Правда, он был еще совсем небольшим: по глубине и по общему объему впятеро меньше современного.

Как это ни парадоксально, но океан с первых дней своего существования был соленым, хотя и образовался из совершенно чистой дистиллированной воды. Дело в том, что в воду незамедлительно переходили некоторые другие составные части вулканических газов, главным образом галоидные кислоты и двуокись углерода, а также сероводород и аммиак. Растворенные в воде кислоты реагировали с горными породами, извлекая из них соответствующие количества натрия, калия, кальция и других элементов с образованием солей, благодаря чему в растворе поддерживалось кислотно-щелочное равновесие.

Вот почему соленая океанская вода всегда была нейтральной. Положение о том, что все анионы морской воды возникли из продуктов дегазации мантии Земли, а катионы из разрушенных горных пород, наиболее детально обосновано в трудах крупнейшего специалиста в области геохимии океана академика А. Виноградова.

В результате перехода части вулканических газов в растворенное состояние атмосфера Земли продолжала оставаться очень тонкой, и потому температура на поверхности планеты все время держалась ниже 100 градусов, но выше ноля, то есть такой, при которой вода пребывает в жидком состоянии. Таким образом, Земля во все время своего существования, начиная с конца катархея, обладала жидкой оболочкой — гидросферой, в чем и заключается ее главное отличие от других планет солнечной системы. Крайне разреженная атмосфера Марса (ее плотность в 500—800 раз меньше, чем на Земле) способствует излучению тепла в мировое пространство, и потому на красной планете царит вечный холод. Причем температура поверхности днем даже на экваторе только на короткий срок поднимается до 25 градусов выше ноля, но вскоре опускается до минус 55, а ночью даже до минус 100.

Понятно, что ни о какой жидкой оболочке на Марсе не может быть и речи. Плотность атмосферы на Венере превосходит земную примерно в 90 раз. Это привело к сильному увеличению так называемого парникового эффекта, в результате чего температура у поверхности нашей соседки составляет около 460 градусов выше ноля. Стало быть, жидкой воды там тоже нет, а где нет воды, нет и жизни. Земля, расположенная между горячей Венерой и холодным Марсом, по температурным условиям оказалась в «золотой середине».

Океан создал условия для зарождения и поддержания жизни на нашей планете, для образования ее биосферы, в чем заключается второе существенное отличие Земли от других известных небесных тел.

Имеется несколько доказательств существования океана на протяжении всей геологической истории Земли. Еще в катархее благодаря круговороту воды между океаном, атмосферой и сушей начали образовываться осадочные породы. Английские геологи С. Мурбат, Р. О"Найон и Р. Панкхерстон недавно нашли на юго-западе Гренландии осадочный бурый железняк, возраст которого оценивается в 3760 миллионов лет. По-видимому, это самое древнее свидетельство существования гидросферы.

Советский вулканолог Е. Мархинин подсчитал, что при извержении вулкана на долю водяных паров приходится примерно 3 процента массы изверженных веществ. Соотношения между массами современной гидросферы и земной коры почти точно соответствует этой величине, в чем заключается второе доказательство постоянного присутствия гидросферы на земном шаре. Можно представить себе, что по мере утолщения земной коры пропорционально увеличивался и океан, пока он не достиг современного состояния.

Поскольку вулканическая деятельность на Земле не прекратилась, объем гидросферы продолжает постепенно нарастать.

Третьим доказательством извечного и непрерывного существования океана служат находки останков и отпечатков тел живых организмов. Жизнь на нашей планете, ни на мгновение не прерываясь, существует в течение трех миллиардов лет, и ее процветание обеспечивается океаном.

Как появляются моря?

Не все моря на Земле образовались одновременно с океанами. Какие-то из них постарше, какие-то - помоложе. Например, близкое нам Балтийское море - одно из самых молодых. Оно вдается далеко на восток, проникая в материк тремя большими заливами - Ботническим, Финским и Рижским. Площадь его 419 тысяч квадратных километров, а наибольшая глубина - 470 метров. Но все равно, несмотря на солидность последней цифры, Балтийское море считается одним из самых мелких. Средняя глубина его, не считая двух котловин, меньше 50 метров. А уж отмелей хоть отбавляй! У входа в Ботнический залив лежит Аландский архипелаг, который составляют более 6,5 тысячи гранитных островков , покрытых лесом и лугами. И акваторию вокруг архипелага иногда называют Аландским морем. На севере Балтика связана с Северным морем узкими и мелководными проливами: Эресунн, Большой и Малый Бельт, Каттегат и Скагеррак.

Геологическая история Балтийского моря началась , скорее всего, не раньше чем за десять - двенадцать тысяч лет до нашей эры, во время последнего материкового оледенения Европы. Тогда землю Восточной Европы покрывал толстый слой льда до самого Валдая. Представляете: языки гигантского ледника доходили до границы между нынешними Санкт — Петербургом и Москвой! При этом толщина ледяной лепешки достигала трех тысяч метров. А по площади она лишь немного уступала современной Антарктиде . Из Мирового океана вымерзло тогда столько воды, что его уровень сильно понизился.

Но шло время, и климат постепенно становился мягче. Громадный ледник начал таять. Медленно-медленно отступил он сперва в район Финского залива, а потом - к подножию Скандинавского нагорья. Вот тогда-то на месте нынешней Балтики в низине и образовалось большое ледниковое озеро.

Читайте так же интересный пост:

Все теплее становилось на Земле. Дальше отступали льды. Выше и выше поднимался . А наше ледниковое озеро испарялось. Оно теряло и теряло воду и, наверное, высохло бы совсем, если бы не прорвались через открывшиеся на западе проливы воды Атлантики. Случилось это примерно за восемь тысяч лет до нашей эры. С геологической точки зрения совсем недавно. Стало озеро морем!

А вода в нем и по сей день только чуть-чуть солоноватая. Кто в этом повинен - древние льды, а может быть, и современные реки? Ведь в Балтику впадают такие могучие речные потоки, как Нева, Нарва, Западная Двина, Неман, Висла, Одер …

Наша планета - не мертвое небесное тело. Она живет и развивается по своим геологическим законам. Движется, морщится земная кора. В одном месте вспучивается складками - получаются горы. В другом опускается, рвется, проваливается - образуются низины, разломы, сбросы.

Кто бывал на берегах Балтийского моря , тот видел, что сложены они во многих местах из прочного и крепкого гранита. Что может быть надежнее? Между тем суша здесь не раз поднималась и опускалась. То соленые океанские волны прорывались в пресное ледниковое озеро, смешивались со «сладкой» водой, соединяли его с океаном, то снова на пути океанской воды барьером вставала перемычка полуострова Ютландия и Балтийское море превращалось в озеро .

Такие наступления моря на сушу ученые называют трансгрессиями. А отступления моря и подъемы суши - регрессиями.

Сегодня, например, северные берега Ботнического и Финского заливов потихоньку поднимаются. Немного - на 2, на 3, не более чем на 9 миллиметров в год. Человеку, может быть, за целую жизнь не заметить. Но континенты живут долго…

Южный берег Швеции, берега Дании вместе с городом Копенгагеном, портом Травемюнде в Германии и портом

Свиноуйсьце в Польше постепенно опускаются и погружаются в воду…

Все моря имеют свою историю. В нее входят страницы того, как распоряжалась сама природа этой частью , когда и какие геологические события участвовали в его формировании. Но есть и другая история у морей и океанов - та, которую создавали и создают люди.

Вода - самое распространенное на Земле вещество. Водная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой. Почти все процессы на нашей планете протекают при участии воды. Гидросфера состоит из Мирового океана, вод суши и подземных вод. Основная масса воды сосредоточена в океанах.

Мировой океан - голубое зеркало нашей планеты, колыбель жизни на Земле. В нем не только прошлое, но и будущее нашей планеты. Чтобы понять великую роль океана, необходимо знать особенности его природы: свойства водных масс, понимать роль течений, значение взаимодействия океана с атмосферой и сушей. Обо всем этом вы узнаете, изучив эту тему.

§ 9. Воды Мирового океана

1. Что называют гидросферой? Мировым океаном?
2. Что вам уже известно о природе океана?
3. Составьте характеристику карты океанов (план см. в приложении).

Роль океана в жизни Земли. Океан занимает почти 3/4 поверхности нашей планеты (рис. 22). Вода - одно из самых удивительных веществ на Земле, драгоценная жидкость, дар природы нашей планете. В таком количестве, как на Земле, ее нет нигде в Солнечной системе.

Рис. 22. Площадь суши и океана: а) в целом на Земле; б) в Северном полушарии; в) в Южном полушарии

Океан... Трудно представить, как велико его значение в жизни Земли. Облака на небе, дождь и снег, реки и озера, родники - все это частицы океана, лишь временно покинувшие его.

Океан определяет многие черты природы Земли: отдает атмосфере накопленное тепло, питает ее влагой, часть которой переносится на сушу. Он оказывает большое влияние на климат, почву, растительный и животный мир суши. Велика его роль в хозяйственной деятельности человека. Океан - целитель, дающий лекарства и принимающий на свои берега миллионы отдыхающих. Он - источник морепродуктов, многих полезных ископаемых, энергии; он и «кухня погоды», и самая просторная в мире дорога, связывающая материки. Благодаря работе бактерий океан обладает способностью (до определенного предела) самоочищаться, и поэтому многие отходы, образовавшиеся на Земле, уничтожаются в нем.

История человечества неразрывно связана с изучением и освоением океана. Познание его началось в глубокой древности. (Когда? Кем?) Особенно много новых данных получено за последние десятилетия с помощью новейшей техники. Исследования, проведенные на научных судах, собранные автоматическими океанографическими станциями, а также искусственными спутниками Земли, помогли обнаружить вихри в водах океана, глубинные противотечения, доказать существование жизни на больших глубинах. Изучение строения дна океана позволило создать теорию движения литосферных плит.

Происхождение вод Мирового океана. Океан - главный хранитель воды, самого распространенного вещества на Земле, давно поражающего исследователей необычностью своих свойств. Только вода в нормальных земных условиях может находиться в трех состояниях. Это свойство обеспечивает вездесущность воды. Она пронизывает всю географическую оболочку и производит в ней разнообразную работу.

Как же появилась вода на Земле? Окончательно этот «опрос наукой еще не решен. Предполагают, что вода или выделилась сразу при образовании литосферы из верхней мантии, или накапливалась постепенно. Вода и сейчас выделяется из магмы, попадая на поверхность планеты при извержении вулканов, при образовании океанической коры в зонах растяжения литосферных плит. Так будет происходить еще многие миллионы лет. Часть воды поступает на Землю из космоса.

Свойства вод океана. Самые характерные их свойства - соленость и температура - вам уже известны. (Вспомните их основные показатели из курса 6 класса.) Океаническая мода - это слабый раствор, в котором обнаружены почти нес химические вещества. В ней растворены газы, минеральные и органические вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов.

Основные изменения солености наблюдаются в поверхностном слое. Соленость вод зависит главным образом от соотношения атмосферных осадков и испарения, которое изменяется в зависимости от географической широты. У экватора соленость около 34%.., близ тропиков - 36%, а в умеренных и полярных широтах - около 33%. Меньше соленость там, где количество осадков превышает испарение, где велик приток речных вод, где тают льды.

Вам известно, что воды океана нагреваются, как и суша, от притока солнечного тепла на его поверхность. Занимая большую площадь, океан получает больше тепла, чем суша. Температура поверхностных вод неодинакова и распределяется в зависимости от широты (рис. 23). В отдельных районах океана эта закономерность нарушается океаническими течениями, а в прибрежных частях - стоком более теплых вод с материков. Температура воды в океане изменяется и с глубиной. Сначала понижение ее очень значительно, а затем оно замедляется. На глубинах более 3-4 тыс. м температура обычно колеблется от +2 до О °С.

Рис. 23. Среднегодовая температура воды на поверхности Мирового океана. Сравните температуру воды на одних и тех же широтах. Объясните полученный результат

Льды в океане. От температуры океанских вод зависит образование льда. Вы уже знаете, что морская вода замерзает при температуре -2 °С. При охлаждении плотность соленой воды увеличивается, верхний слой ее оказывается тяжелее и погружается вниз, а к поверхности поднимаются более теплые слои воды. Такое перемешивание воды препятствует образованию льда. Льды образуются только в арктических и субарктических широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают и некоторые неглубокие моря, рмеположенные в умеренном поясе. Различают однолетние и многолетние льды. Океанический лед может быть неподвижным, если он связан с сушей, или плавучим, т. е. дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан, - айсберги (рис. 24).

Рис. 24. Тающие айсберги в океане

Ледовый покров океана оказывает огромное влияние на климат Земли, на жизнь в нем самом. Льды отражают солнечные лучи, охлаждают воздух, способствуют образованию туманов. Они затрудняют судоходство и морские промыслы.

Водные массы. Вода - основной компонент природы океана. Большие объемы воды, образующиеся в определенных частях океана и отличающиеся друг от друга температурой, соленостью, плотностью, прозрачностью, количеством кислорода, наличием определенных живых организмов, называют водными массами. Эти свойства сохраняются на всем пространстве, которое занимает та или и иная водная масса.

В океане различают поверхностные, промежуточные, глубинные, придонные водные массы. В поверхностных модных массах до глубины 200 м выделяют экваториальные. тропические, умеренные и полярные водные массы. Они образуются в результате неравномерного поступления солнечного тепла на разных широтах и влияния атмосферы. В одних и тех же широтах свойства поверхностных водных масс могут различаться, поэтому выделяют еще прибрежные и внутриокеанические массы.

Водные массы активно взаимодействуют с атмосферой: отдают ей тепло и влагу, поглощают из нее углекислый газ, выделяют кислород. Перемешиваясь, они изменяют свои свойства.

1. От чего зависит соленость океанических вод?
2. Каковы различия в температуре воды в океане?
3. В каких районах океана образуются льды? Как они влияют на природу Земли и на хозяйственную деятельность человека?
4. Что называют водной массой? Назовите основные типы водных масс. Какие водные массы выделяют в поверхностном слое океана?